CN1987041A - 钻井四管液垫选择性热溶开采钾盐矿的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钻井四管液垫选择性热溶开采钾盐矿的方法及装置，它通过设置在钻井内中心采卤管与溶浸液管之间的加热管，进行热溶开采，先以5－15m3/h的流量，2－5MPa的压力，注入抗乳化剂，并在盐槽内形成液体垫层，再以5－50m3/h的流量，2－6MPa的压力，注入溶浸液，同时以5－50m3/h的流量，3－10MPa的压力，送入蒸汽溶解矿体，从而实现了只溶解开采有用的氯化钾和部分氯化镁，其余无用的石盐矿物则作为尾矿充填于地下溶腔底部，既利于矿山安全，又避免了尾矿渣对地面造成的污染，还有利于提高氯化钾的溶出率，确保采出的富钾卤水质量，降低卤耗及生产成本，其社会效益和经济效益显著。

Description

钻井四管液垫选择性热溶开采钾盐矿的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种钾盐矿的开采方法及装置，尤其涉及一种选择性热溶开采钾盐矿的方法及装置。
背景技术
钻井水采是当今可溶盐类矿床开采的先进方法，分为单井对流、单井油垫或气垫、多井对接或连通等开采工艺方法，具有投资少，建井周期短，生产效率高，生产成本低，有用矿物回收率高，废石产出量少，开采安全性高，环境污染小，占地面积小，对地表及其植被破坏小等特点。但由于现有的溶浸开采大多使用淡水作为溶剂，在采出氯化钾的同时，必然要采出大量的氯化镁和氯化钠，这对富含氯化镁的老挝光卤石矿来说，不仅开采难度大，经济效益低，而且还会造成严重的环境污染，甚至危及矿山安全。就老挝万象钾盐矿而言，该矿床属于大型光卤石型，矿物组成主要为光卤石和石盐，这些矿物相互融合成全晶质块状矿石，不分层次，化学组分主要为KCl、NaCl、MgCl，均易溶于水，生成多元组合共饱和卤水溶液，水不溶物很少，开采时要求选择性溶浸开采，即只采KCl和部分MgCl，尽量不采NaCl。但使用现有的溶浸开采是无法完成的，而且KCl的采出率不高。因此，有必要研究、开发新的溶浸开采方法，选择性地开采KCl和部分MgCl，尽量不采NaCl，并且提高KCl的溶出率。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明的一个目的是提供一种选择性热溶开采钾盐矿的方法，使溶浸液只溶解需开采的氯化钾和部分氯化镁，其余的石盐矿物则作为尾矿充填于地下溶腔底部，既利于矿山安全，又避免了尾矿渣对地面造成的污染。
本发明的另一个目的是提供一种选择性热溶开采钾盐矿的装置。
本发明针对钾盐矿床的特点以及氯化钾溶解度的物理性能——即氯化钾溶解度会随着溶解温度的提高而增加，经过反复试验，得到一种热溶法开采氯化钾的有效方法。
本发明提供的选择性热溶开采钾盐矿的装置通过下列技术方案实现：一种选择性热溶开采钾盐矿的装置，包括地面钻井井口上的工艺管路及设备，地下钻井内的表层套管，置于该表层套管内的水泥环，以及与水泥环内壁相连的固井管，置于固井管内的溶浸液管，置于溶浸液管内的中心采卤管，其特征在于在溶浸液管和中心采卤管之间设有蒸汽管，且自中心向外围各管的深度依次减小。
所述中心采卤管下端口外围矿体内建成一圆台体盐槽，作为溶解矿石的溶腔，其直径为20-60m。
所述钻井内的中心采卤管、蒸汽管和溶浸液管的长度及直径依据井深、井宽具体确定，而井深、井宽的确定又必须根据矿床条件，蒸汽工作压力，采矿设备运行能力，防护措施等条件具体决定。
本发明所述的选择性热溶开采钾盐矿的方法通过下列工艺步骤完成：
A、以5-15m3/h的流量，2-5MPa的注入压力，将抗乳化剂经固井管送入井下矿石层的盐槽顶部，并在盐槽内形成液体垫层；
B、将溶浸液以5-50m3/h的流量，2-6MPa的压力，经溶浸液管送入井下盐槽中液体垫层下部，同时以5-50m3/h的流量，3-10MPa的压力，将蒸汽经蒸汽管送入井下盐槽中液体垫层下部，溶解矿体；
C、溶解后的矿液以小于50m3/h的流量，小于1Mpa的压力经中心采卤管回采至地面，未溶解的石盐矿物作为尾矿渣充填于盐槽底部；
D、提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上一段溶浸开采；
E、再提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成又一上段溶浸开采，如此由下而上逐段上溶回采矿物至固井管下管口，即完成整井溶浸开采。
所述抗乳化剂采用不溶解矿石、比重小于溶浸液且在高温下不发生乳化的液体润滑抗乳化剂石腊、原油和柴油中的一种或几种，以保证卤井地下及地面安全，并能充分开发利用矿产资源。
所述溶浸液采用常温下NaCl饱和，MgCl含量10-20毫克/升的水溶液。
所述蒸汽流量及压力，过低则难于实现热溶开采，达不到合理利用资源、有效开采氯化钾矿的目的，过高则危及采矿设备、设施甚至矿山的安全，同时还增加生产成本。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、采用在溶浸液管及中心采卤管之间设置蒸汽管，并以设定流量、压力注入井内时，即可在溶腔内形成高温场，一则完全实现了多采有用的氯化钾矿和部分氯化镁矿，尽量不溶采氯化钠矿，并使后两者作为尾矿渣充填到进下溶腔中，既确保了矿山不塌陷等安全，又保护了生态环境不被无用矿渣所污染，还有利于提高氯化钾的溶出率，降低卤耗及生产成本，这可从表1给出的不同溶解温度下，富钾卤水浓度、卤水含氯化钾量及制取氯化钾的卤耗数据清楚得出；二则可对经过溶浸液管送入井下的溶浸液实施加温预热，并在溶腔高温场被蒸汽加热，从而提高上溶温度，有利于加快矿石中氯化钾的溶解速度，提高溶浸开采率和生产效率；三则可对中心采卤管进行加热，确保回采出来的富钾卤水不会因温度下降析出氯化钾结晶颗粒而堵塞中心采卤管，确保溶浸开采的顺利进行。
2、中心采卤管始终处于最深位置，当溶浸后的高浓度富钾卤水向下流动后，即可自中心采卤管回采至地面，确保采出的富钾卤水质量。
3、采用钻井加垫层的热溶选择性开采工艺，在垫层的控制下以梯段上溶方式，由下而上溶解回采富钾矿，能较好地控制井下溶腔直径，有利于矿山安全，并能由下而上充分开采矿体，提高回采率，减少不用矿物的处理费用及排放后给环境造成的污染。
综上所述，本发明的装置和工艺方法，具有双重的加热和保温作用，既充分利用热能，提高采出度，降低成本，又防止中心管析出氯化钾结晶体而堵塞管道事故，且未采出的不用矿物又回填到溶腔中，确保矿山安全，有利于环保，社会效益和经济效益显著。
附图说明
图1为本发明之钻井纵断面结构图。
表1为一组在不同温度下，富钾卤水浓度、含氯化钾量及制取氯化钾卤耗的数据。由表中可知，随着温度的增加，采出的富钾卤水含氯化钾量增加，制取氯化钾的卤耗降低。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
如图1，地下钻井井壁8的外层安装有表层套管1，表层套管1内安装固井管3，在表层套管1和固井管3之间设置水环2，并在水泥环2和固井管3下端设置安全顶板矿柱6，用于固井，防止上覆岩层不会垮塌，井内不会漏水，同时通过固井管3向井内送入或送出液体抗乳化剂垫层，固井管3内安装可升降的溶浸液管4，其下端管口伸至盐槽10的顶部，上端口与溶浸液输送管道相连，一是可向井内输送溶浸液，二是当中心采卤管7堵塞时可通过该管向地面输送富钾卤水，三是通过该管可控制井下盐槽高度和梯段上溶回采高度，溶浸液管4内安装可升降的蒸汽管5，该管的下端口伸至盐槽10的中部，上端口与蒸汽输送管道相连，蒸汽管5在向井内输送蒸汽的同时，可对内侧的中心采卤管7进行加热保温，防止管内卤水结晶，同时还对外侧的溶浸液管4进行加热，提高管内溶浸液温度，蒸汽管5内安装可升降的中心采卤管7，其下端管口伸至盐槽10的底部，上端口与采卤水树的输卤管相连，正常工作时输送采出的卤水，非正常工作时可作为溶浸液输送管，盐槽10为上大下小的锥体，其最大直径为30-60m，锥体上方为抗乳化剂液垫层9，锥体底部为尾矿渣层11，井口及地面上的其余设备与装置均为现有技术。
实施例2
A、以5m3/h的流量，2MPa的注入压力，将作为抗乳化剂的石腊液经固井管送入井下矿石层底部的盐槽内，并在盐槽内形成液体垫层；
B、将作为溶浸液的常温下NaCl饱和，MgCl含量10毫克/升的水溶液以5m3/h的流量，2MPa的压力，经溶浸液管送入井下盐槽中液体垫层下部，同时以5m3/h的流量，3MPa的压力，将蒸汽经蒸汽管送入井下盐槽中液体垫层下部，溶解最底层矿石；
C、溶解后的矿液以小于5m3/h的流量，小于1MPa的压力经中心采卤管回采至地面，未溶解的石盐矿物作为尾矿渣充填于盐槽底部；
D、提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上段溶浸开采；
E、再提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上段溶浸开采，如此由下而上逐段上溶回采矿物至固井管下管口，即完成整井溶浸开采。
实施例3
A、以15m3/h的流量，5MPa的注入压力，将作为抗乳化剂的柴油经固井管送入井下矿石层底部的盐槽内，并在盐槽内形成液体垫层；
B、将作为溶浸液的常温下NaCl饱和，MgCl含量20毫克/升的水溶液以50m3/h的流量，4MPa的压力，经溶浸液管送入井下盐槽中液体垫层下部，同时以50m3/h的流量，10MPa的压力，将蒸汽经蒸汽管送入井下盐槽中液体垫层下部，溶解最底层矿石；
C、溶解后的矿液以小于50m3/h的流量，小于1MPa的压力经中心采卤管回采至地面，未溶解的石盐矿物作为尾矿渣充填于盐槽底部；
D、提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上段溶浸开采；
E、再提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上段溶浸开采，如此由下而上逐段上溶回采矿物至固井管下管口，即完成整井溶浸开采。

Claims (5)

1、一种选择性热溶开采钾盐矿的方法，其特征在于通过下列工艺步骤：
A、以5-15m3/h的流量，2-5MPa的注入压力，将抗乳化剂经固井管送入井下矿石层的盐槽顶部，并在盐槽内形成液体垫层；
B、将溶浸液以5-50m3/h的流量，2-6MPa的压力，经溶浸液管送入井下盐槽中液体垫层下部，同时以5-50m3/h的流量，3-10MPa的压力，将蒸汽经蒸汽管送入井下盐槽中液体垫层下部，溶解矿体；
C、溶解后的矿液以小于50m3/h的流量，小于1Mpa的压力经中心采卤管回采至地面，未溶解的石盐矿物作为尾矿渣充填于盐槽底部；
D、提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成上一段溶浸开采；
E、再提升溶浸液管、蒸汽管和中心采卤管，重复A、B、C步骤，完成又一上段溶浸开采，如此由下而上逐段上溶回采矿物至固井管下管口，即完成整井溶浸开采。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述抗乳化剂采用不溶解矿石、比重小于溶浸液且在高温下不发生乳化的液体润滑抗乳化剂石腊、原油和柴油中的一种或几种。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述溶浸液采用常温下NaCl饱和，MgCl含量10-20毫克/升的水溶液。
4、一种选择性热溶开采钾盐矿的装置，包括地面钻井井口上的工艺管路及设备，地下钻井内的表层套管，置于该表层套管内的水泥环，以及与水泥环内壁相连的固井管，置于固井管内的溶浸液管，置于溶浸液管内的中心采卤管，其特征在于在溶浸液管和中心采卤管之间设有蒸汽管，且自中心向外围各管的深度依次减小。
5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述中心采卤管下端口外围矿体内建成一圆台体盐槽，作为溶解矿石的溶腔，其直径为20-60m。
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